專利名稱：一類凈化污水用的分散型組合凈水劑及其用法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一類凈化污水用的分散型組合凈水劑及其用法。該類凈水劑的組成物料有鎂鹽(指氯化鎂、硫酸鎂或鎂鹽混合物)、鐵鹽(指硫酸亞鐵、硫酸鐵、或三氯化鐵)、有機高分子絮凝劑(指聚丙烯酰胺[代號PAM]、或丙烯酸鈉)、氫氧化鈣、硫酸、高錳酸鹽、次氯酸鈉、漂白粉和活性炭等。這些組成物料在使用前都分組存放，以防相互反應而降低效能；在使用時，才針對具體污水的特點靈活選配，安排投料次序和投料量，以獲最佳的凈化效果和最低的成本消耗。
在現(xiàn)有技術中，95105943.2號中國專利(公告號1112905，授權公告號CN 1039002C)公開了一種水處理用復合鎂鹽混凝劑的制備方法。該法將含鎂離子5g/升的廢棄苦鹵或鹵水濃縮至含鎂離子濃度在15-100g/L的范圍內，按每升料液5-15mg的比例摻入有機高分子絮凝劑，再按每升料液5-20克的比例加入石灰，使料中的鎂鹽與石灰反應生成氫氧化鎂，經(jīng)離心分離除去其中的水份和部份溶解性雜質后，包裝或干燥包裝得產(chǎn)品。很明顯，這樣制得的固體混凝劑有嚴重的缺點1、其中生成的氫氧化鎂因時日長久，相當老化，又加干燥，造成它的表面極性大為降低，它的吸附脫色能力遠遠比不上新生成的氫氧化鎂；2、鎂鹽與高分子絮凝劑復合在一起的混凝劑，在制備時所生成的氫氧化鎂沉淀就已經(jīng)被高分子絮凝劑分子所包裸；余下未形成氫氧化鎂的鎂鹽在同污水作用而剛剛轉成氫氧化鎂，還來不及充分發(fā)揮其對污水中雜質的吸附脫色作用時就受到高分子絮凝劑分子的包裸掩蔽，致使全部形成的氫氧化鎂的吸附脫色能力大受抑制；3、這種固定型的混凝劑的適用范圍通常甚受限制。因為沒有萬能的混凝劑；當它不適用于某種污水的處理時，即使意識到改造它的途徑，也會感到動手改造的不便；4、利用廢棄物制凈水劑是否會引起二次污染？95105943.2號專利中沒有提及；然而廢棄物不純的可能性較大。藥劑的純度保證是應該考慮的重要因素之一，特別是在飲用水的處理中。
5、所應用的廢棄苦鹵或鹵水，要求原始料含鎂離子5g/L，濃縮料含鎂離子提高到15-100g/L，即濃縮3-20倍。這一濃縮費用遠遠超過我國湖鹽氯化鎂的出廠價(44％的，30-50元/噸)，所以那份95105943.2號專利的方法在我國許多地方不適用。
本發(fā)明的目的是提供一類可克服現(xiàn)有技術不足的分散型組合凈水劑及其用法。這一類凈水劑的組合和使用程序有三程序A1、將鎂鹽和鐵鹽合溶于水成為溶液I；同時將高分子絮凝劑單獨溶于水成為溶液II；2、用石灰乳調節(jié)污水的pH值達12-10；3、將適量的溶液I投入pH值達12-10的污水中，攪拌約30秒種，接著投入適量的溶液II，并攪勻，靜置約20秒鐘，大塊礬花即能離析；4、固液分離，可得清母液。如果清母液的色度仍未達標，則補加次氯酸鈉、或漂白粉、或活性炭等，使其色度褪至允許的水平；如果清母液的COD未達標，則補加次氯酸鈉、或漂白粉、或高錳酸鹽(含錳酸鹽)，以降低COD值；如果清母液的pH值未落在6-9之間，則用稀硫酸中和，以達排放標準。
程序B1、用硫酸或氫氧化鈉將污水調至中性附近或弱酸性；如果原來污水的pH合適，此步可免；2、向污水中投入高錳酸鹽至紅色在5-10分鐘內不褪，或者按污水中還原性物質的當量投加次氯酸鈉或漂白粉，并維持5-10分鐘的反應時間；3、氧化操作結束后，用石灰乳調節(jié)污水的pH為12-10；4、將適量的不含鐵鹽的溶液I投入pH值達12-10的污水中，攪拌約1分鐘再投入適量的溶液II，并攪勻；5、固液分離得清母液。此清母液的色度和COD通常能合格，而pH值則用稀硫酸調至達標。
程序C當污水為pH＞11的堿性體系時，可用硫酸將溶液I(含鐵或不含鐵，而主要含鎂)調至pH＝2-3，以使一定量的溶液I與一定量的污水反應后，體系的pH值正好變?yōu)樵试S排放的8-9。程序C的其它步驟與程序A的相同。
對于在堿性介質中還原性物質較難氧化的污水，通常采用程序B；而在堿性介質中還原物易于氧化，或者不需投加氧化劑的污水，通常采用程序A或程序C。
在這三種程序中，調節(jié)酸堿度用的硫酸、石灰乳、氫氧化鈉的投加量、有機高分子絮凝劑的投加量、以及氧化劑、活性炭的投加量均按污水的不同由實試結果確定。對于一般濁度的污水，通常每升污水需投入含鎂離子≥1mg的溶液I，最佳投加量為每升污水投入含鎂離子在10-60mg之間的溶液I。溶液I中鎂離子的濃度應＜18％，為了操作方便，最佳的選擇是0.6-6％；在含鐵的溶液I中鐵離子與鎂離子的重量百分比例＜1，最佳選擇為1％-10％；溶液II中的有機高分子絮凝劑的濃度應＜1％，最佳選擇是0.1-0.5％。
本發(fā)明目的實現(xiàn)的根據(jù)源于以下實驗實驗1新生的氫氧化鎂與老化的氫氧化鎂脫色力的比較在兩個燒杯中分別盛50ml印染廠的原污水(烏黑色，pH值＝12)。在1號燒杯中加入含鎂離子0.6％的氯化鎂水溶液0.4ml，劇烈攪拌30秒后，靜置2分鐘，結果，上清液變成無色透明；在2號燒杯中加入三天前用試劑級燒堿和氯化鎂制得的膠狀氫氧化鎂，其加入體積比1號燒杯的氫氧化鎂略多。劇烈攪拌30秒后，同樣靜置2分鐘，結果上清液的色度比1號體系的深。平行試驗三次，結果相同。實驗說明，新生的氫氧化鎂的脫色力遠比老化的強，同時指明，在使用鎂鹽凝聚劑之前不宜將石灰與鎂鹽相混，以防氫氧化鎂過早形成，降低效力。
實驗2氯化鎂與PAM投入污水的程序對礬花狀態(tài)的影響氯化鎂與PAM同時投入印染廠的原污水(烏黑色，pH12)，的試驗用I號試劑(含6水氯化鎂為10％和PAM為0.5％)；先投氯化鎂后投PAM的試驗用II號試劑(含6水氯化鎂為10％)和III號試劑(含PAM為0.5％)。在兩個燒杯中分別盛入50ml污水。在1號燒杯中加I號試劑0.2ml，搖勻，同時在2號燒杯中先加II號試劑0.2ml，搖勻，過30秒后，再加III號試劑0.2ml，搖勻。為了對比，緊接著將兩燒壞同時搖勻后，同時靜置觀察，結果2號燒杯與1號燒杯相比，礬花較大，沉降較快，上清液也更清。這說明同時將氯化鎂和PAM投入污水中會使剛剛生成的氫氧化鎂還來不及發(fā)揮吸附脫色作用，就被高分子絮凝劑分子包裸掩蔽；相反先將鎂鹽投入污水中，待氫氧化鎂充分形成后，再投入PAM，就較少抑制氫氧化鎂的作用，故效果更好。
實驗3在鎂鹽中加或不加鐵鹽的觀察用印染廠的原污水(烏黑色，pH12)做實驗證明，在鎂鹽中加入少量鐵鹽，會使礬花出現(xiàn)所需的鎂鹽量比不加鐵鹽時顯著地減少，而且礬花可在較低的pH值(9-10)下形成。但是，鐵鹽不宜多于鎂鹽，否則，處理后的母液會逐漸變黃。同時，如果鎂鹽溶液的pH較大(≥7)，則過多的鐵會以氫氧化鐵紅色沉淀析出，不能被充分利用。一般選擇鐵離子與鎂離子的重量百分比為1-10％。在棉染廠污水處理中發(fā)現(xiàn)，因使用氧化劑，在溶液I中不宜含鐵鹽，否則也易使母液變紅。
實驗4活性炭脫色的考察同石灰乳將染料廠污水(色黃)的pH值從8調至12，按程序A用氯化鎂和PAM進行凝聚沉降。將沉渣分離后，上清液仍然色黃。此上清液經(jīng)用少量活性炭粉處理，黃色褪凈。此上清液經(jīng)用次氯酸鈉或漂白粉處理，同樣變成無色。
實驗5溶液I中鎂鹽濃度對操作影響的考察對于同一鎂離子投加量，相應于需要溶液I的體積將隨其中鎂鹽的濃度而變，伴隨之影響到操作的易難和能耗的多少。20℃下，飽和的6水氯化鎂水溶液含鎂離子達19％，此濃度雖然可以使用，但粘度太大，操作不便；小于此濃度無疑都可用，但太稀時，要求投入溶液I的體積過大，能耗也大。經(jīng)考察，選擇鎂離子濃度為0.6-6％的溶液I為妥。
實驗6鎂離子投加量的確定在污水中投加鎂鹽，目的是獲得適量的沉淀并使母液的色度和COD值達標，但是這一投加量依賴多種影響因素，包括污水中需要吸附沉降的物質量、污水的pH值、石灰乳引進的灰渣量、絮凝劑的加入量以及操作的情況等。所以，很難確切判定。據(jù)觀察，在1升pH＝12的清水中，加入含鎂離子1mg的鎂鹽溶液，即有可見的沉淀形成。在一般濁度不太大的污水中，調節(jié)pH＝12，隨著鎂鹽投加量的增加，礬花增加，凈化水的效果相對好些。但是鎂鹽的投加量不能過大，以防沉渣過多。每升污水投加含鎂離子10-60mg的鎂鹽溶液較為適宜。
實驗7程序B可行性的觀察用棉染廠的原污水，pH＝8，色深紫紅。先按程序A處理，結果不徹底，清母液仍然紫紅色，COD為670mg/L。向此堿性的清母液中補加高錳酸鉀，COD降低不顯著(降至500mg/L)。改用程序B，分別用高錳酸鉀、次氯酸鈉、和漂白粉做氧化劑，結果上清液都變?yōu)闊o色，COD分別降為160、115和98mg/L。這說明，對于類似體系，采用程序B獲得的效果是好的。
實驗8程序C可行性的觀察印染廠的原污水，烏黑色，pH＝12，取污水100ml，加入pH＝3的溶液I(含6水氯化鎂5％，7水硫酸亞鐵0.1％)0.6ml，劇攪約30秒，再加溶液II(含PAM0.5％)0.2ml，攪勻，靜置2分鐘，上清液變?yōu)闊o色透明，pH值為8。
以下提供本發(fā)明的幾個最佳實施例實施例1染織廠的原污水，COD 600mg/L，烏黑色，色度500倍，pH為12。按程序C處理，用的溶液I含1.2％鎂離子的氯化鎂和0.1％鐵離子的硫酸亞鐵pH為2；用的溶液II含0.5％的PAM，在室溫(～15℃)下處理。結果，脫色率92％，COD去除率85％。母液pH正好為8.5，符合排放要求。
實施例2同上的染織廠原污水。按程序A處理，用的溶液I含1.0％鎂離子的硫酸鎂和0.07％ 3價鐵離子的硫酸鐵，中性，用的溶液II含丙烯酸鈉0.2％，在室溫(～15℃)下處理，結果，脫色率95％，COD去除率89％。
實施例3染料廠的原污水，COD 600mg/L，黃色，色度630倍，pH為8，按程序A處理，先用石灰乳將污水的pH調至12，用的溶液I含2.4％鎂離子的氯化鎂和0.06％3價鐵離子的三氯化鐵，中性，用的溶液II含PAM 0.5％，在室溫(～15℃)下處理，結果，脫色率為70％，COD去除率60％，未達標。將沉渣排除后，上清液仍為黃色。此上清液經(jīng)用活性炭粉處理，脫色率增至90％，COD去除率增至82％。
實施例4染料廠的酸性污水，COD 700mg/L，黃色，色度690倍，pH為2。按程序A處理，先用石灰乳將污水的pH調至10，所用的溶液I含1.2％鎂離子的氯化鎂和0.06％亞鐵離子的硫酸亞鐵，中性，用的溶液II含PAM 0.2％，在室溫(～15℃)下處理，結果脫色率75％，COD去除率63％，未達標。將沉渣排除后，上清液仍為黃色。此黃色的上清液分別用次氯酸鈉和漂白粉處理，母液都褪至無色，而COD去除率分別增至90％和92％。
實施例5棉染廠原污水，色深紫紅，pH為8，色度600倍，COD 1800mg/L，按程序B處理，先加高錳酸鉀到污水中，直至試劑的紅色在10分鐘內不褪，然后用石灰乳把體系的pH值調至12，加入溶液I(不含鐵鹽，只含2.0％鎂離子的硫酸鎂，中性)劇烈攪拌約1分鐘，接著加溶液II(含PAM 0.1％)，并攪勻，靜置和固液分離。結果，母液無色，COD降為150mg/L。
實施例6棉染廠的原污水，色深蘭黑，色度800倍，COD1600mg/L，pH為8。取兩份，按程序B處理。第1份加次氯酸鈉，第2份加漂白粉，并維持氧化反應10分鐘，然后用石灰乳把污水的pH調至11，加溶液I(不含鐵，只含2.0％鎂離子的硫酸鎂，中性)，振搖約1分鐘，接著加溶液II(含PAM 0.1％)，并攪勻。結果兩份實驗的母液均變?yōu)闊o色，COD分別為106mg/L和96mg/L。
上述6項實施例所得到的清母液的pH值除實施例1正好合格外，都用稀硫酸調整為8至9，以達標排放。
據(jù)前所述，可以看出本發(fā)明的優(yōu)點如下1、采用分散型的凈水劑，便于從實際需要出發(fā)，實現(xiàn)最強的針對性，因而應用范圍廣。
2、能充分地利用和保護新生的氫氧化鎂的強大吸附脫色性能，又采用了三列組合和使用程序，因而本發(fā)明的凈水劑具有優(yōu)越于目前面市的大多數(shù)凈水劑，解決了前人尚未解決的若干難題。
3、發(fā)現(xiàn)在適當?shù)臈l件下，可以利用鎂離子與鐵離子的互助作用，在大量鎂鹽中添加少量鐵鹽，可以強化凈化劑的脫色力和降低鎂鹽的水解pH值，從而導致鎂鹽耗量的降低。同時也發(fā)現(xiàn)鐵不宜多于鎂。
4、沒有二次污染。經(jīng)鑒定，本發(fā)明的凈水劑的鎂鹽固體中，砷、汞、鉛、鉻、鎘的含量指示值分別為≤1×10-5％，≤1×10-5％，≤1×10-4％，≤1×10-3％，≤1×10-4％，均遠小于安全允許值。
5、可充分利用我國豐富而價廉的鎂鹽資源。本發(fā)明的凈水劑的(性能/成本)比之高是突出的。
權利要求
1.一類用于污水處理的分散型組合凈水劑，其組成物料有鎂鹽(指氯化鎂、硫酸鎂、或鎂的混合鹽)、鐵鹽(指硫酸亞鐵、硫酸鐵、或三氯化鐵)、有機高分子絮凝劑(指聚丙烯酰胺或丙烯酸鈉)、石灰、硫酸、高錳酸鹽(含錳酸鹽)、次氯酸鈉、漂白粉、活性炭等，其特征是這些物料在使用前都分組存放以防相互反應而失效，在使用時才根據(jù)具體污水的情況進行物料的組合，安排投料的順序和投料量。
2.如權利要求1所述的一類用于污水處理的分散型組合凈水劑的組合與使用法，其特征是按程序A進行組合與使用，也即(1)將鎂鹽和鐵鹽合溶于水成為溶液I；同時將高分子絮凝劑單獨溶于水成為溶液II；(2)用石灰乳調節(jié)污水的pH值達12-10；(3)將適量的溶液I投入pH值為12-10的污水中，攪拌約30秒鐘，接著投入適量的溶液II并攪勻，靜置約20秒鐘，大塊礬花即能離析；(4)固液分離，可得清母液。如果清母液的色度仍未達標，則補加次氯酸鈉、或漂白粉、或活性炭粉，使色度褪至允許的水平；如果清母液的COD值未達標，則補加次氯酸鈉、或漂白粉、或高錳酸鹽(含錳酸鹽)，以降低COD值；如果清母液的pH值未落在6-9之間，則用稀硫酸中和以達排放標準。
3.如權利要求1所述的一類用于污水處理的分散型組合凈水劑的組合與使用法，其特征是按程序B進行組合和使用，也即(1)用硫酸或氫氧化鈉將污水調至中性附近或弱酸性；如果原來污水的pH值合適，此步可免；(2)向污水中投入高錳酸鹽至紅色在5-10分鐘內不褪，或者按污水中還原性物質的當量投加次氯酸鈉或漂白粉，并維持5-10分鐘的反應時間；(3)氧化操作結束后用石灰乳調節(jié)污水的pH值為12-10；(4)將適量的不含鐵鹽的溶液I投入pH達12-10的污水中，攪拌約1分鐘，再投入適量的溶液II，并攪勻；(5)固液分離得清母液。此清母液的色度和COD值通常能合格，而pH值則用稀硫酸調至達標。
4.如權利要求1所述的一類用于污水處理的分散型組合凈水劑的組合與使用法，其特征是按程序C進行組合和使用，也即首先將含鐵或不含鐵而主要含鎂的溶液I的酸度用硫酸調至pH為2-3。其它步驟與程序A的相同。程序C適用于原污水的pH＞11的體系，通過實試使一定量的溶液I加入一定量的污水中之后，體系的pH值正好落在8-9。
5.根據(jù)權利要求1、2、3和4所述的一類用于污水處理的分散型組合凈水劑及其用法所涉及的鎂離子的投加量，其特征是對于一般濁度的污水通常每升污水需投入含鎂離子≥1mg的溶液I；最佳投加量為每升污水投加含鎂離子10-60mg的溶液I。
6.根據(jù)權利要求1、2、3和4所述的一類用于污水處理的分散型組合凈水劑及其用法所涉及的溶液I，其特征是溶液I中鎂離子的濃度應＜18％，最佳選擇是0.6-6％；在含鐵的溶液I中鐵離子與鎂離子的重量百分比例＜1，最佳選擇為1％-10％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一類凈化污水用的分散型組合凈水劑及其用法。該凈水劑的組成物料為:鎂鹽、鐵鹽、有機高分子絮凝劑、石灰、硫酸、高錳酸鹽、次氯酸鈉、漂白粉和活性炭等。這些組成物料在使用前都分組存放,以防相互反應失效;使用時才按污水的情況進行物料的組合,安排投料的順序和數(shù)量,實現(xiàn)最強的針對性。具體介紹了三種組合和使用的程序。充分發(fā)揮和保護新生的氫氧化鎂的強力除污性能,適當?shù)乩描F和鎂兩種離子的互助效應,提供質優(yōu)價廉易用的分散型組合凈水劑及其用法。
文檔編號C02F1/52GK1375465SQ0111113
公開日2002年10月23日 申請日期2001年3月19日 優(yōu)先權日2001年3月19日
發(fā)明者方超, 方勝強 申請人:方超